CoreMorrow 링형 피에조 세라믹

CoreMorrow Ring Piezo Components

100 kHz~6.6 MHz 고주파 링형 피에조 세라믹

(CoreMorrow)

CoreMorrow Ring Piezo Components는 중앙 관통부를 갖춘 단층형 링 구조의 피에조 세라믹 소자로, 고주파 진동 발생, 초음파 구동, 나노미터 단위의 미세 변위 제어 및 정밀 센싱이 필요한 시스템에 적용할 수 있습니다. 외경 4~185 mm, 두께 0.2~20 mm 범위의 다양한 크기에 대응하며, 적용 장비의 구조와 요구 성능에 따라 내경, 링 폭, 전체 크기 및 전극 패턴을 커스텀 제작할 수 있습니다.

중앙 관통부가 형성된 링 구조이므로 샤프트, 광축, 배관 또는 다른 기계 부품이 통과해야 하는 시스템에 통합하기 용이합니다. 원형 대칭 구조를 활용해 방사 방향 또는 두께 방향의 진동과 변위를 발생시킬 수 있으며, 초음파 트랜스듀서, 진동 소자, 정밀 구동 장치 및 피에조 센서 제작에 활용할 수 있습니다.

이 제품은 세라믹과 내부 전극이 여러 층으로 적층된 멀티레이어 피에조 스택과 달리, 하나의 피에조 세라믹층으로 구성됩니다. 세라믹 내부에는 전극층이 없고 외부 표면에만 전극이 형성되므로, 절단이나 형상 가공 과정에서 내부 전극이 손상될 가능성이 적습니다. 따라서 적용 장비에 필요한 외경, 내경 및 두께로 가공하거나 특수 형상의 피에조 부품을 제작하기에 유리합니다.

단층형 피에조 세라믹은 일반적으로 약 1 kV/mm 수준의 높은 전계로 구동됩니다. 멀티레이어 피에조 스택보다 발생 변위는 작지만, 나노미터 단위의 정밀한 변위와 빠른 동적 응답을 제공합니다. 제조사 기준으로 내전압 범위에서 발생하는 변위는 변위 방향 길이의 약 0.1% 수준이며, 예를 들어 두께 1 mm의 피에조 세라믹에 1,000 V를 인가할 경우 약 1 μm의 변위를 예상할 수 있습니다.

동일한 피에조 재질에서는 발생 변위가 주로 피에조 상수와 인가 전압에 의해 결정됩니다. 크기나 두께가 다른 세라믹이라도 동일한 전압을 인가하면 기본적인 변위량은 유사할 수 있지만, 인가 전압은 각 제품의 두께와 재질에 따른 최대 허용 전계를 초과하지 않아야 합니다. 실제 변위는 재질, 분극 방향, 전극 구조, 장착 방식, 부하 및 구동 파형에 따라 달라질 수 있습니다.

링형 피에조 세라믹은 100 kHz~6.6 MHz의 높은 공진 주파수와 nF 단위의 낮은 정전용량을 제공하므로, 고속 응답과 고주파 진동이 요구되는 응용에 적합합니다. 세라믹 두께가 얇아질수록 공진 주파수가 높아지며, 제조사 기준으로 두께 20 mm에서는 약 100 kHz, 1 mm에서는 약 2 MHz, 0.3 mm에서는 최대 약 6.6 MHz의 공진 주파수를 제공합니다.

피에조 세라믹을 장비에 조립하면 접착층, 하우징, 부하 및 주변 구조물의 질량과 강성에 의해 실제 공진 주파수가 단품 상태보다 낮아질 수 있습니다. 따라서 시스템의 구동 주파수와 공진 특성은 세라믹 자체의 치수뿐만 아니라 장착 구조와 기계적 부하를 함께 고려하여 설계해야 합니다.

PZT4, PZT5 및 PZT8 계열의 다양한 피에조 세라믹 재질을 선택할 수 있습니다. PZT4와 PZT8 계열은 높은 내전압, 낮은 유전 손실 및 높은 기계적 품질 계수를 제공하여 고주파 공진 구동과 고출력 초음파 응용에 적합합니다. PZT5 계열은 상대적으로 높은 피에조 전하 상수를 제공하므로, 큰 변위와 높은 센서 감도가 요구되는 응용에 활용할 수 있습니다.

제공된 재질 데이터 기준으로 피에조 전하 상수 d33은 약 230~670 × 10⁻¹² C/N, 기계적 품질 계수 Qm은 약 70~1,500, 퀴리 온도는 약 200~420°C 범위입니다. P-5H는 d33 670 × 10⁻¹² C/N의 높은 피에조 응답을 제공하며, P-42, P-8, P-81 및 P-82와 같은 하드 PZT 계열은 높은 기계적 품질 계수를 바탕으로 공진 구동과 고출력 진동에 적합합니다. P5-3은 최대 420°C의 높은 퀴리 온도를 제공하여 온도 안정성이 중요한 응용에서 검토할 수 있습니다.

PZT4와 PZT8 계열은 AC 360~440 V/mm, DC 720~880 V/mm의 최대 구동 전압을 지원하며, PZT5 계열은 AC 200~280 V/mm, DC 400~560 V/mm 범위에서 사용할 수 있습니다. 실제 허용 전압은 피에조 세라믹의 두께, 구동 주파수, 파형, 듀티 사이클, 사용 온도 및 방열 조건에 따라 달라질 수 있습니다.

표준 전극 소재로는 은이 사용되며, 기본적으로 피에조 세라믹의 외부 표면에 솔리드 전극이 형성됩니다. 적용 목적에 따라 전극을 여러 구역으로 분할하거나 특정 형상으로 가공하는 커스텀 전극 패턴도 지원합니다. 이를 통해 방사 방향 진동, 굽힘 변형, 다채널 구동 및 위치별 신호 검출에 필요한 전극 구성을 구현할 수 있습니다.

전압을 인가하면 역압전 효과에 의해 링형 세라믹이 변형되면서 미세 변위와 진동이 발생합니다. 반대로 외력, 압력 또는 진동이 가해지면 정압전 효과에 의해 전하와 전압이 생성되므로, 액추에이터뿐만 아니라 힘, 압력, 충격 및 진동을 검출하는 센서 소자로도 사용할 수 있습니다.

공진점에서의 체적당 출력은 재질, 진동 주파수, 인가 전압 및 방열 조건에 따라 달라지며, 최대 약 40~50 W/cm³ 수준의 출력을 제공합니다. 고주파 초음파 트랜스듀서, 환형 진동 소자, 정밀 센서, 미세 변위 구동 장치 및 중앙 관통부가 필요한 커스텀 피에조 모듈에 적용할 수 있습니다.

특징

■ 단층 피에조 소자 기반의 정밀 초음파 피에조 세라믹
■ 초음파 응용에 적합한 고성능 피에조 세라믹 구조
■ 최대 Ø185 mm 직경을 지원하는 대구경 피에조 세라믹 소자
■ 최소 0.2 mm 두께 사양으로 박형 초음파 구동 설계 대응

권장 컨트롤러

Model	Output voltage[V]	Output power[W]	Bandwidth(-3dB)
E01/00	120V	20W	0~50KHZ
	50V	20W	0~100KHZ
	40V	20W	0~150KHZ
E2031	300V	18W	0~500kHz
E4011	160V	80W	0~1MHz
E2021	170V	42.5W	0~1.5MHz
E1200	35V	17.5W	0~24MHz

Roughness: Rz 5-10, Ra 0,7-1,3.

Flatness: +/-10µm, depends the size.

Acoustic impedance: radialoscillation.

Output power: the output power is related to the frequency of ceramic vibration and driving voltage, etc., max to 40-50W/cm3 on the resonant frequency point.

제품 사양

피에조 컴포넌트와 적층형 피에조 스택 비교

Attributes	Piezo component	Multilayer piezo stack
Driving voltage	High（~1kV/mm）	Low（60V/150V/200V）
Displacement	small, nanometer-scale	large, micrometer-scale
Resonant frequency	100kHz~6.6MHz	50Hz~100kHz
Capacitance	nF-scale	nF~μF-scale

최대 구동 전압

Material	PZT4	PZT5	PZT8
AC	360~440V/mm	200~280V/mm	360~440V/mm
DC	720~880V/mm	400~560V/mm	720~880V/mm

플레이트 공진 주파수

Thickness[mm]	Resonant frequency[kHz]
20	100
10	200
4	500
2	1000
1.4	1500
1	2000
0.5	4000
0.45	4700
0.3	6600

PZT 재료 특성

Symbol	P-5	P-51	P-5H	P-5G	P-4	P-41	P-42	P-43	P-8	P-81	P-82	P5-3
Density ρ (103kg/m3)	7.45	7.5	7.45	7.4	7.45	7.5	7.6	7.45	7.6	7.6	7.5	7.8
Curie Point TC (℃)	260	340	200	380	320	300	340	340	306	320	340	420
Quality Factor Qm	100	85	70	85	600	800	1200	400	1200	1100	1500	90
Elastic Constant SE11	15	16	13	15	12	12	11	11	11.2	11.5	11	10
Elastic Constant SD33	9	9	4.8	5.3	6.6	6.8	6.8	7.1	7	14.9	10	13
Elastic Constant SD55	22	23	22	25	21	21	22	22	29.4	21	20	34
Poisson Ratio σE	0.32	0.33	0.33	0.32	0.31	0.3	0.3	0.32	0.31	0.3	0.32	0.3
Dielectric Constant εT33	2100	1700	4500	2000	1200	1800	1400	2000	970	1500	1700	700
Dielectric Constant εT13	2400	2500	5800	2200	1400	2000	1600	2000	1400	2000	2300	800
Dielectric Loss tgδ%	2	2	2.3	2	0.5	0.4	0.3	0.35	0.29	0.3	0.3	1.5
Electromechanical Coupling Factor KP	0.62	0.78	0.65	0.65	0.58	0.6	0.6	0.65	0.52	0.6	0.58	0.55
Electromechanical Coupling Factor K31	0.36	0.41	0.38	0.4	0.34	0.35	0.31	0.35	0.31	0.32	0.31	0.37
Electromechanical Coupling Factor K33	0.7	0.78	0.65	0.65	0.58	0.6	0.6	0.65	0.52	0.6	0.58	0.68
Electromechanical Coupling Factor K15	0.68	0.71	0.65	0.69	0.63	0.65	0.63	0.65	0.57	0.6	0.62	0.65
Electromechanical Coupling Factor KT	47	0.5	0.46	0.48	0.48	0.5	0.5	0.47	0.46	0.45	0.46	0.39
Piezoelectric Charge Constant d31×10-12C/N	185	190	186	186	100	105	101	110	90	98	90	80
Piezoelectric Charge Constant d33×10-12C/N	400	460	670	420	340	320	330	330	232	300	280	230
Piezoelectric Charge Constant g31×10-3vm/N		-9.5	-9	-11
Piezoelectric Charge Constant g33×10-3vm/N		22	28	26
Piezoelectric Charge Constant g15×10-3vm/N		32	40	31
Nd，Hz·m	2000	2250	2110	2100	2250	2250	2200	2190	2250	2200	2300	2300
Nd，Hz·m	1400	1450	1350	1350	1650	1690	1750	1600	1700	1650	1710	1700
Nd，Hz·m	1900	2000	1850	1850	1950	1980	1990	1890	1950	1940	1960	1800
Nd，Hz·m	1220	1230	1100	1100	1230	1220	1200	1210	1182	1100	1185	1200
Nd，Hz·m	2250	2200	2200	2200	2270	2280	2200	2285	2250	2260	2270	2200

크기

OD (mm)

TH*(mm)

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

√

100

√

120

√

140

√

160

√

170

√

185

√

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